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新型液晶聚合物固体电解质的研究

作　者: 刘洋
导　师: 张爱玲
学　校: 沈阳工业大学
专　业: 材料物理与化学
关键词: 固体聚合物电解质 电导率 PEO 锂电池 液晶离聚物
分类号: O631.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要


聚合物电解质在化学电源、电致变色、光电化学和化学传感器等方面的巨大应用前景是目前科学研究的热点。特别是凝胶型聚合物电解质已经在各种高档设备和仪器中使用,但存在电解质膜稳定性和机械性差、液体电解质的渗析、电解质膜与电极相容性等问题。复合型聚合物电解质作为一种固态聚合物电解质,有望取代目前用于锂电池的液态电解质,但其室温电导率较低,仍达不到实际应用的要求。为了提高聚合物电解质的电导率,添加酸化纳米粒子（TiO2或SiO2）,制备出纳米粒子/PEO复合聚合物电解质。通过X-射线衍射、IR、DSC、SEM、POM、数字显微镜、拉伸测试和交流阻抗对电解质膜的性能进行了表征,主要研究了无机微粒中酸含量对电解质电导率的影响。结果表明,SiO2微粒中酸含量对电导率影响不大;TiO2微粒中的酸含量与电导率成正比。当含酸量为8%时,电解质的室温电导率可达1.83×10-6S/cm。利用液晶离聚物的液晶性和离子导电性,首次把液晶离聚物应用到锂离子电池电解质当中,制备出液晶离聚物（主链液晶离聚物MLCI或侧链液晶离聚物SLCI）/PEO固体聚合物电解质,此种聚合物电解质在国内外未见报道。通过IR、DSC、SEM、POM、数字显微、拉伸测试和交流阻抗对电解质膜的性能进行了表征,主要研究了液晶离聚物含量对电解质电导率的影响。结果表明,MLCI的加入增加电解质的结晶,但提高了电导率。电解质的电导率随着MLCI含量的增加先升高后降低,在其含量为3%时,电解质的电导率达到最大值1.15×10-5S/cm;对于SLCI的加入,电解质结晶度增加,电导率随着SLCI含量的增加而降低,在其含量为7%时,电解质的电导率减小到10-8S/cm数量级。采用导电增强机制和动态键合渗透理论模型,解释结晶度的增加,电导率增大的原因:通过提高实际扩散系数Dσ,也就是增加有效载流子的浓度,从而提高聚合物电解质的电导率。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-11
第一章 绪论  11-32
  1.1 概述  11
  1.2 锂离子电池  11-16
    1.2.1 锂离子电池的诞生过程  11-13
    1.2.2 锂离子电池的工作原理  13-14
    1.2.3 导电聚合物正极材料  14-15
    1.2.4 锂离子电池的发展前景  15-16
  1.3 固体聚合物电解质基体的设计  16-17
  1.4 聚合物固体电解质的分类  17-31
    1.4.1 全固态聚合物电解质  17-21
    1.4.2 凝胶型聚合物电解质  21-24
    1.4.3 多孔状聚合物电解质  24-25
    1.4.4 无机粉末复合型聚合物电解质  25-27
    1.4.5 Polymer-in-salt型聚合物电解质  27
    1.4.6 质子导体聚合物电解质  27
    1.4.7 液晶离聚物电解质  27-31
  1.5 课题研究目的及意义  31-32
第二章 实验部分  32-35
  2.1 主要试剂  32-33
  2.2 主要仪器  33
  2.3 分析测试方法  33-35
    2.3.1 X射线衍射  33
    2.3.2 红外光谱  33
    2.3.3 形貌分析  33-34
    2.3.4 偏光显微镜  34
    2.3.5 力学性能  34
    2.3.6 差示扫描量热分析  34
    2.3.7 电导率  34-35
第三章 纳米粒子/PEO复合聚合物电解质  35-46
  3.1 前言  35
  3.2 纳米粒子的酸化  35
  3.3 纳米粒子/PEO复合聚合物电解质的制备  35-36
  3.4 结果与讨论  36-45
    3.4.1 纳米粒子的XRD分析  36
    3.4.2 纳米粒子/PEO复合聚合物电解质的红外光谱  36-37
    3.4.3 纳米粒子/PEO复合聚合物电解质的形貌  37-39
    3.4.4 纳米粒子/PEO复合聚合物电解质的力学性能  39
    3.4.5 纳米粒子/PEO复合聚合物电解质的DSC  39-40
    3.4.6 纳米粒子/PEO复合聚合物电解质的交流阻抗  40-42
    3.4.7 纳米粒子/PEO复合聚合物电解质的导电性能  42-45
  3.5 小结  45-46
第四章 液晶离聚物/PEO固体聚合物电解质  46-64
  4.1 前言  46-47
  4.2 MLCI/PEO固体聚合物电解质  47-55
    4.2.1 MLCI的合成  47-48
    4.2.2 MLCI/PEO固体聚合物电解质的制备  48
    4.2.3 MLCI/PEO固体聚合物电解质的结构  48-49
    4.2.4 MLCI/PEO固体聚合物电解质的形貌  49-50
    4.2.5 MLCI/PEO固体聚合物电解质的能谱  50-51
    4.2.6 MLCI/PEO固体聚合物电解质的偏光显微镜  51
    4.2.7 MLCI/PEO固体聚合物电解质的力学性能  51-52
    4.2.8 MLCI/PEO固体聚合物电解质的DSC  52
    4.2.9 MLCI/PEO固体聚合物电解质的电化学性能  52-55
  4.3 SLCI/PEO固体聚合物电解质  55-61
    4.3.1 SLCI的合成  55-56
    4.3.2 SLCI/PEO固体聚合物电解质的制备  56
    4.3.3 SLCI/PEO固体聚合物电解质的结构分析  56-57
    4.3.4 SLCI/PEO固体聚合物电解质的形貌分析  57-58
    4.3.5 SLCI/PEO固体聚合物电解质的偏光显微镜分析  58
    4.3.6 SLCI/PEO固体聚合物电解质的力学性能  58-59
    4.3.7 SLCI/PEO固体聚合物电解质的DSC分析  59
    4.3.8 SLCI/PEO固体聚合物电解质的电化学性能  59-61
  4.4 导电机理  61-63
    4.4.1 导电增强机制  61
    4.4.2 动态键合渗透理论模型  61-63
  4.5 小结  63-64
第五章 结论  64-66
参考文献  66-71
在学研究成果  71-72
致谢  72

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中图分类: > 数理科学和化学 > 化学 > 高分子化学（高聚物） > 高分子物理和高分子物理化学 > 高聚物的化学性质
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